[发明专利]加速文件系统读写的NVM块设备驱动方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机设备驱动技术领域，具体地，涉及一种加速文件系统读写的新型非易失存储器块设备驱动方法。

背景技术

新型非易失存储器NVM(Non-volatile Memory)的出现为扩展计算机内存提供了新的途径，同时推动了计算机体系结构的改变。现有的非易失内存有相变存储器PCM(Phase Change Memory)，自旋转移矩磁随机存储器STT-RAM(Spin Transfer Torque Random Access Memory)和铁电随机存储器FeRAM(Resistive Random Access Memory)。与传统动态随机存储器DRAM(Dynamic Random Access Memory)相比，新型非易失存储器具有非易失性拥有多项优点，如可以长期保留数据，工艺制程低，存储规模可扩张性强，不需要动态刷新，静态功耗低等优势。这些使其在未来内存环境中的应用拥有一定的优势，同时也有不足，如相变存储器具有相对较大的延迟，写速率无法和动态随机存储器相比拟，寿命也相对有限。由于新型非易失存储器拥有诸多的优良特性，未来有可能取代DRAM作为内存或磁盘作为外存。目前国内厂商和科研机构进行相关研究，这些研究可分为以下几类：(1)研究新型非易失存储器作为计算机系统的内存：相对于DRAM而言，NVM具有高约10倍的读写延迟，但它具有非易失性，存储密度和功耗也具有一定优势，这使得它可以在需求大容量、低功耗和非易失内存等特性的应用场景中替代DRAM；(2)研究NVM作为计算机系统外存：NVM在速度、寿命和功耗上均超过了Flash技术，可以作为外存使用；同时NVM工艺尺寸较低，这些使得它能够满足海量存储系统中高速率、低功耗、大容量的需求；(3)研究NVM在新环境下的存储应用，如利用NVM的非易失性和良好的读写性能而将其应用到检查点(Check Point)信息、数据库应用环境中的数据恢复；(4)研究NVM应用于特殊环境的嵌入式系统，如智能电表、音频存储等，且由于其优良的抗辐射性能而在航天航空电子领域亦有应用。(5)研究NVM在移动智能终端领域的应用。NVM为计算机系统设计带来了机遇和挑战。

计算机系统的外部输入输出设备主要包括字符设备和块设备两种。字符设备是指只能一个字节一个字节读写的设备，不能随机读取设备内存中的某一数据，读取数据需要按照先后数据。字符设备是面向流的设备，常见的字符设备有鼠标、键盘、串口、控制台和LED设备等。块设备是指可以从设备的任意位置读取一定长度数据的设备。块设备包括硬盘、磁盘、U盘和SD卡等。字符设备主要用来进行与用户的实时交互，块设备主要用来存储用户设备。两种设备都需要通过相应的驱动程序进行访问。每一个字符设备或块设备都在/dev目录下对应一个设备文件。linux用户程序通过设备文件(或称设备节点)来使用驱动程序操作字符设备和块设备。在块系统中，数据块指的是固定大小的数据，该固定大小由内核规定，通常是4096个字节。与数据块对应的是扇区，它是由设备硬件所决定的一个块，其大小取决于硬件，常见的硬件的扇区大多都是512个字节。数据块的大小都是扇区大小的整数倍。由于文件多存储在块设备上，而且现代操作系统使用虚拟内存来工作，为了实现虚拟内存就需要将数据在内存和存储设备(块设备)之间进行交换。因而高效的块驱动对系统性能是至关重要的。

因此，新型非易失存储器作为外部存储设备使用的情况下需要一个新型非易失存储器的块设备驱动来支持传统文件系统和用户访问的同时尽可能的多使用NVM的新特性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种加速文件系统读写的NVM块设备驱动方法及系统。

根据本发明提供的一种加速文件系统读写的NVM块设备驱动方法，基于结合了新型非易失存储器的计算机体系架构，包括步骤：

块设备注册步骤：调用操作系统的设备注册函数，将新型非易失存储器注册成块设备；

块设备输入输出处理步骤：根据驱动的块设备输入输出处理流程，使用加速的块设备输入输出处理满足加速要求的输入输出请求，使用传统的块设备输入输出处理其余的输入输出请求；

块设备卸载步骤：释放块设备驱动占用的系统资源。

优选的，所述结合了新型非易失存储器的计算机体系架构包括：新型非易失存储器与内存一样与计算机的CPU通过内存总线相连，实现字节大小的存储数据访问的计算机体系架构。